(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁昇降機システムに関連した電流過負荷条件に対して保護する方法であって、
電磁昇降機システムに関連した電流過負荷条件を検出すること、および
電流過負荷条件の検出において、電磁昇降機システムにおける電流データの電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合には、当該電流閾値を超えてからの時間が当該電流レベルに応じて定められる制限時間を超えたとき、電磁昇降機システムに関連したアクチュエータ（１１９）に指令信号を提供すること
を含み、指令信号により、アクチュエータが、電磁昇降機システムに関連した発電機（１１３）にもたらす機械的動力を制限する方法。
【請求項２】
アクチュエータが、動力源（１１８）によって発電機にもたらす機械的動力の出力を選択的に遮断するように構成された機械的装置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動力源が、発電機に動作可能に結合された液圧ポンプ（１１８ａ）を含み、アクチュエータが、液圧ポンプと発電機との間の流体流を制御するように構成されたバルブを含み、指令信号が、バルブを閉じることによって発電機から液圧ポンプを結合解除するように構成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
指令信号がさらに、電子スイッチ（１１６）を動作させるように構成され、ここで電子スイッチが、発電機の分巻巻線（１１５）を電源装置（１１４）に選択的に結合するように構成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合には、警告信号をもたらすことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
昇降機システム用の過負荷保護システム（１１０）であって、
電磁石（１１１）、
電磁石に電気的に結合されかつ電磁石を励磁させるように構成された発電機（１１３）、
機械的動力源（１１８）を発電機に選択的に結合するように構成されたアクチュエータ（１１９）、
制御装置（１２１）であって、
電磁石に関連した電流過負荷条件を検出し、かつ
電流過負荷条件の検出において、電磁昇降機システムにおける電流データの電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合には、当該電流閾値を超えてからの時間が当該電流レベルに応じて定められる制限時間を超えたとき、アクチュエータに遮断指令信号をもたらす
ように構成された制御装置（１２１）
を含み、指令信号によって、アクチュエータが、電磁昇降機システムに関連した発電機にもたらされる機械的動力を制限する、過負荷保護システム（１１０）。
【請求項７】
発電機に関連した電流フローを表すデータを収集する監視装置（１２０）をさらに含み、ここで監視装置が、過負荷保護システムに電気的に結合されかつ収集した電流データを制御装置にもたらすようにさらに構成された電流変換器を含む、請求項６に記載の過負荷保護システム。
【請求項８】
機械的動力源が液圧ポンプ（１１８ａ）を含み、アクチュエータが、液圧ポンプと発電機との間の流体流を制御するように構成されたバルブを含む、請求項６に記載の過負荷保護システム。
【請求項９】
機械的動力源が内燃機関を含み、アクチュエータが、エンジンのシャフトを発電機に係合するように構成されたソレノイドを含む、請求項６に記載の過負荷保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書は、概して電子過負荷保護システムに関し、より詳しくは、電磁昇降機を用いる機器用の電子過負荷保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁昇降機は、大きな金属物を持ち上げ、かつ運搬することを必要とする用途など、種々の工業用途および商業用途に使用されている。これらの電磁石は、一般に直流発電機を動力源としている。直流発電機はモータによって駆動され、それにより、電磁装置のコイルに磁化電流が発生する。電流は、電磁装置の面に強力な磁界を誘導し、それを使用して金属材料や磁性材料を持ち上げ、かつ運搬することができる。重量物を持ち上げ、かつ運搬する必要のある作業環境では、電磁昇降機は、必要とされる持ち上げ能力をもたらすのに十分強力な磁界を誘導するのに十分である、かなりの大電流を必要とすることがある。
【０００３】
電磁昇降機は、過酷な環境（例えば、廃棄物回収場、造船所、または廃棄物施設）において用いる場合もあり、および／または悪天候に長期間曝される場合もある。従って、電磁昇降機、ならびにそれらに関連する構成要素およびシステムは、とりわけ損傷しやすく摩耗しやすい可能性がある。例えば、廃棄物回収場において使用される荷役運搬機械（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）では、車載発電機によって発生した電流が、電気ケーブルによって荷取り扱い装置のブームに沿って、ブームの端部に取り付けられた電磁石まで伝えられる。万一電磁ケーブルが損傷を受けたり、切断されたり、または短絡したりすると、結果として電流過負荷条件が生じて、それにより発電設備、電磁石、または電子制御装置に損傷を与える可能性がある。
【０００４】
さらに、電磁昇降機は一般に、電磁石を経る電流フローを遮断する１つ以上の操作者制御スイッチを含み、電流フローを遮断することにより、磁界を迅速に弱めさせて、磁界によって保持された物体を解放する。電磁石を励磁させるために必要な高電流フローのために、これらのスイッチを操作することにより、スイッチ接点および／または電磁石に関連する導体の早期磨耗をもたらし得る電気アークを生じる可能性があり、それにより、時間と共に電磁システム内に電流過負荷条件が生じることがある。
【０００５】
電磁昇降機システムにおける電流過負荷条件の影響を軽減させるために使用された１つの方法は、電磁回路にヒューズの使用を伴う方法である。電磁回路の電流レベルがヒューズの定格電流を超える場合、ヒューズは回路を遮断し、それにより、回路内に電流が流れないようにする。これは、最小電流閾値を超える場合に電磁駆動回路を使用不能にするには有益であるが、機器に不要な停止時間をもたらし、かつ修理費を高くする可能性がある。
【０００６】
さらに、特定の状況においては、ヒューズの定格電流を超えている可能性のあるピークレベルにおいて、非常に短期間、一時的に電磁昇降機を動作可能とすることが有利であろう。例えば、追加の可搬重量が必要となり得るような非常に大きな荷を持ち上げかつ運搬する場合、発電機の出力電流を一時的に増大させて電磁石への出力を増大させることが有利であろう。しかしながら、出力を増大させるために、ヒューズの定格電流超に電流を増大させる必要があると、操作者は、ヒューズを飛ばし、機械を使用不能にさせてしまう可能性がある。それゆえ、過負荷電流保護をもたらすために、機械を不要に使用不能にさせることなく、電気故障と、一時的な意図的なピーク電流とを識別することができる過負荷保護システムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願明細書で開示されている電磁昇降機用の過負荷保護システムは、上記の問題の１つ以上を解決することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様によれば、本願明細書は、電磁昇降機システムに関連した電流過負荷条件に対して保護する方法に関する。方法は、電磁昇降機システムに関連した電流監視装置から電流データを受信すること、および収集した電流データに基づいて電流レベルを決定することを含み得る。この方法は、電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合には、電流レベルに対応する予め定められた過負荷範囲を識別することも含む。電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間を監視し、電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間が、予め定められた制限時間を超える場合には、電磁昇降機システムに関連したアクチュエータに指令信号をもたらし得る。指令信号により、アクチュエータは、電磁昇降機システムに関連した発電機にもたらした機械的動力を実質的に制限し得る。
【０００９】
別の態様によれば、本願明細書は、電磁装置用の過負荷保護システムに関する。システムは、電磁石、電磁石に電気的に結合されかつ電磁石を励磁するように構成された発電機、および機械的動力源を発電機に選択的に結合するように構成されたアクチュエータを含み得る。システムは、発電機に関連した電流フローを示すデータを受信しかつ収集された電流データに基づいて電流レベルを決定するように構成された制御装置も含み得る。制御装置はまた、電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合に、電流レベルに対応する予め定められた過負荷範囲を識別し得る。制御装置はさらに、電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間を監視し、かつ電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間が、予め定められた制限時間を超える場合には、遮断指令信号をアクチュエータにもたらし得る。指令信号によって、アクチュエータは、電磁昇降機システムに関連した発電機にもたらされた機械的動力を実質的に制限し得る。
【００１０】
さらに別の態様では、本願明細書は、電磁石、電磁石に電気的に結合されかつ電磁石を励磁するように構成された発電機、および発電機に動作可能に結合されかつ動力をもたらすように構成されたモータを含む、電磁装置用の過負荷保護システムに関する。システムは、モータに関連しかつモータの動力を発電機に選択的に結合するように構成されたアクチュエータ、発電機に関連した電流フローを示すデータを収集する監視装置、および収集された電流データに基づいて電流レベルを決定するように構成された制御装置も含み得る。制御装置は、電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合に、電流レベルに対応する予め定められた過負荷範囲も識別し、および電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間を監視し得る。制御装置はさらに、電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間が、予め定められた制限時間を超える場合に、アクチュエータに遮断指令信号をもたらし得る。遮断指令信号により、アクチュエータは、発電機からモータの動力の結合を解除する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】開示された特定の実施形態に従って、例示的に開示された電磁昇降機を備える機械を示す図である。
【図２】開示された特定の実施形態に従って、電磁昇降機システム用の例示的な過負荷保護システムの概略図である。
【図３】図２の過負荷保護システムで使用される例示的な電流閾値範囲および制限時間を示す図である。
【図４ａ】図２の過負荷保護システムに関連した故障状態に対する例示的な電圧応答および電流応答を示す図である。
【図４ｂ】図２の過負荷保護システムに関連した故障状態に対する例示的な電圧応答および電流応答を示す図である。
【図５】図２の過負荷保護システムに関連した例示的に開示された制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、開示された実施形態に従って例示的に開示された過負荷保護システム１１０を含む機械１００を示す。機械１００は、作業環境に関連した動作を行うように構成された固定機械または可動機械であり得る。それゆえ、本願明細書で使用される機械という用語は、特定の産業、例えば鉱業、建設業、農業などに関連したある種の動作を行い、かつ各作業環境間（例えば、建設現場、鉱区、発電所など）または各作業環境内で動作する固定機械または可動機械を指す。機械１００を荷役運搬装置として示したが、機械１００は、例えば、電磁駆動の輸送システム（例えば、浮上列車）、電磁溶接装置、または任意の他の種類の電磁装置などの発電機駆動型の電磁石を含む任意の種類の商業用または工業用装置を含み得ることが考えられる。
【００１３】
過負荷保護システム１１０は、工業用または商業用の作業環境に関連した作業を行うために協働して可変磁界を生じる複数の構成要素を含み得る。例示的な一実施形態によれば、図１に示すように、過負荷保護システム１１０は、機械１００に関連した電磁昇降機として供し得る。過負荷保護システム１１０は、電磁石１１１と、発電設備１１２と、発電設備１１２に関連した電力レベルを監視する電力監視装置１２０と、過負荷保護システム１１０に関連した１つ以上の動作状況を制御する制御装置１２１とを含み得る。過負荷保護システム１１０は、追加的に上述したものよりも少数のおよび／または異なる構成要素を含み得ることが考えられる。図２に、開示された実施形態に従う例示的な過負荷保護システムを示す。
【００１４】
電磁石１１１は、電気エネルギーを受けかつ受け取った電気エネルギーに応答して磁界を生じるように適合された装置の任意の種類を含み得る。電磁石１１１は、実質的に強磁性コア（図示せず）の周りに巻かれた１つ以上の導体コイル（図示せず）を含み得る。電磁石の導体コイルに電流が流れるため、強磁性コアに磁界が生じる。磁界の強さは、実質的に導体コイルの電流に比例し得る。従って、電磁石の導体コイルにもたらされる電流レベルを変更することにより、磁界の強さを調整できる。
【００１５】
電磁石１１１の形状および構成を、電磁石１１１の所望の用途に基づいて決定し得る。電磁昇降機の場合は、例えば、磁界の大部分が実質的に、持ち上げられる装置との接触面となり得る電磁石の面に沿って集中するように、電磁石１１１を構成し得る。しかしながら、過負荷保護システム１１０の効率に影響を及ぼすために、他の電磁石１１１の構成および配置にし得ることが考えられる。従って、電磁石１１１のサイズ、種類、および配置は例示にすぎず、限定することを意味するものではない。
【００１６】
発電設備１１２は、電磁石１１１を励磁させるために電力を提供するように機能する複数の構成要素を含み得る。例えば、発電設備１１２は、発電機１１３、モータ１１７、およびモータ１１７を駆動するためのポンプ１１８を含み得る。発電設備１１２はまた、ポンプ１１８をモータ１１７に選択的に結合するアクチュエータ１１９を含み得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、アクチュエータ１１９を、モータ１１７と発電機１１３を選択的に結合するように構成または配置することができる。発電設備１１２は、追加的に上述のものよりも少数のおよび／または異なる構成要素を含み得る。例えば、発電設備１１２は、１つ以上のセンサ、アクチュエータ、および／または発電設備１１２の１つ以上の構成要素に関連した１つ以上の動作状況を監視しかつ制御する制御装置を含み得る。従って、上述の構成要素は例示にすぎず、限定することを意味するものではない。
【００１７】
発電機１１３は、機械的エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成され得る任意のタイプの装置を含み得る。例えば、モータ１１７によって供給された機械的動力の出力に応答して、発電機１１３は電気エネルギーを発生させ、それを使用して電磁石１１１の導体コイルを励磁させ得る。一実施形態によれば、発電機１１３は、直流発電機、またはその代わりに、交流電力出力の少なくとも一部を直流電力出力に変換するために整流器に結合された交流発電機を含み得る。発電機１１３を、電磁石１１１を励磁させるために定電圧出力（例えば、２３０Ｖまたは他の任意の好適なレベル）をもたらすように構成し得る。
【００１８】
例示的な実施形態によれば、発電機１１３は、別個の電力供給装置１１４に結合された１つ以上の分巻コイル１１５を含む他励直流発電機を含み得る。図２では電力供給装置１１４をバッテリーとして示すが、電力供給装置１１４は、例えば、発電機、直流電源、整流交流電源などの任意のタイプの好適な電気出力源、または他励直流発電機の分巻界磁巻線を励磁させる電力出力をもたらす任意の他の好適な装置を含み得ることが考えられる。一実施形態によれば、電力供給装置１１４を、電子スイッチ１１６を介して分巻コイル１１５に選択的に結合し得る。
【００１９】
電子スイッチ１１６は、他励直流発電機の界磁巻線の励磁を制御するように機能して、発電機１１３からもたらされる出力電力を遮断するようにし得る。電子スイッチ１１６は、任意のタイプの電気的にまたは電気機械的に作動されたスイッチング装置を含むことができ、その装置は、制御装置１２１によって動作され得る。例えば、電子スイッチ１１６は、大電力半導体スイッチング装置（例えば、ＦＥＴまたはＢＪＴスイッチ）、工業用リレースイッチ、電気的に作動されたソレノイドスイッチ、または任意の他の好適なスイッチング装置を含み得る。
【００２０】
動力源１１８は、発電機１１３のロータに結合されたシャフトを回転させるための機械的動力の出力をもたらすように構成された任意の装置を含み得る。一例では、動力源１１８は、発電機１１３のロータに結合されたシャフトを回転させる流体流をもたらす液圧ポンプ／モータ１１８ａを含み得る。別の例では、動力源１１８を、機械１１０に関連した燃焼機関システム１１８ｂとし得る。ここでは、エンジンによって生成された機械的出力の一部を利用して発電機１１３のロータを回転させる。さらに別の例では、動力源１１８は、バッテリー、燃料電池、または別の好適な電源に結合された電気モータ１１８ｃを含み得る。電気モータを、発電機１１３のロータに関連したシャフトを回転させるように構成し得る。１つ以上の好適な動力源を発電機１１３に選択的に結合しかつ発電機１１３を駆動させるように構成して、機械１００の全体的な効率を維持し得ることが考えられる。例えば、燃焼機関１１８ｂを、エンジン正常運転状態にある間に、発電機１１３に選択的に結合しかつ発電機１１３を駆動させるように構成し得る。しかしながら、エンジンを所望の効率より低い効率で動作させてしまう、エンジンにピーク荷重がかけられている期間中は、発電機１１３に電気モータ１１８ｃが結合されて、発電機１１３を駆動させるのに必要な機械的出力をもたらし得る。
【００２１】
ポンプ１１８ａは、１つ以上の液圧回路において使用するための流体流を生じるように機能する任意のタイプの装置を含み得る。例えば、ポンプ１１８ａは、任意の好適な液圧ポンプ、例えばギヤポンプ、ピストン式ポンプ、ベーンポンプ、または流体流を生成するように構成された任意の他のタイプのポンプなどを含み得る。ポンプ１１８ａを、発電機１１３に結合されたシャフトを回転させるように構成し得る液圧モータ（図示せず）に流体連結し得る。ポンプ１１８ａは流体流を生成し、それにより液圧モータを駆動させ、その結果、発電機１１３のロータを回転させるトルク出力を生じ得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、ポンプ１１８ａを、装置またはシステムに関連した１つ以上の液圧システムにおいて使用するための流体流を生じる１つ以上の他の液圧装置または回路に流体連結し得る。例えば、発電機１１３を駆動させるための流体流を生じることに加えて、ポンプ１１８ａを１つ以上の液圧回路に結合して、機械１１０のブームを動作させ得る。
【００２２】
アクチュエータ１１９は、制御装置１２１によって作動され得る任意のタイプの電気的、機械的、または電気機械的な装置を含み得る。一実施形態によれば、アクチュエータ１１９を、制御装置１２１によって開閉し得る電子的に制御されたダイバータバルブとし得る。バルブが開放しているときは、ポンプ１１８ａを、発電機１１３を駆動させるためにモータに流体連結し得る。バルブが閉鎖しているときは、ポンプ１１８ａとモータとの間に流体が流れないようにし、流体を、ポンプ１１８ａに結合され得る１つ以上の他の構成要素に迂回させ得る。別の実施形態によれば、モータ１１７が電気モータである場合、アクチュエータ１１９を、電気出力源（図示せず）をモータ１１７に選択的に結合するように機能することができる電子スイッチとし得る。それゆえ、動作時、アクチュエータ１１９は、電源をモータ１１７と結合したり、それから結合解除したりし得る。電源がモータ１１７から結合解除されているとき、モータは、電磁石１１１を励磁させるための電気出力を提供する発電機１１３を動作させるために必要な機械的出力をもたらすことはない。電源がモータ１１７に結合されているとき、モータは、発電機１１３のシャフトを回転させるのに必要なトルクをもたらし、それにより、電磁石１１１を励磁させるために必要な電気エネルギーをもたらす。それゆえ、アクチュエータ１１９は、電磁昇降機システムに関連した発電機にもたらされる機械的動力を選択的に制限する任意の好適な装置を含み得ることが考えられる。
【００２３】
監視装置１２０は、過負荷保護システム１１０に関連した電力レベルを検出するように機能する任意のタイプの装置を含み、かつ検出された電力レベルの出力表示を制御装置１２１に提供し得る。例えば、監視装置１２０は、例えば電流変換器もしくはホール効果装置などの電流監視装置、電流計、磁気抵抗電流センサ、または任意の他の好適な電流監視装置を含み得る。監視装置１２０は、システムの電力レベルを測定し、かつ検出された電力レベルに対応する出力信号を提供し得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、監視装置は、過負荷保護システム１１０の電力に関連した機能を測定する任意の好適な装置、例えば、インピーダンス、電圧、抵抗、温度、またはシステムの電力レベルに関連し得る任意の他のパラメータを測定する装置を含み得る。
【００２４】
監視装置１２０を電力監視装置として示しているが、機械１１０および／または過負荷保護システム１２０に関連した他の動作状況を測定するために追加的なおよび／または異なる監視装置を使用し得ることが考えられる。例えば、１つ以上の監視装置を、発電機１１３、モータ１１７、ポンプ１１８、または過負荷保護システム１２０に関連した任意の他の構成要素の１つ以上に結合し得る。各監視装置を、それが関連している特定の構成要素の動作状況を監視するように構成し得る。監視装置１２０は、任意のタイプのセンサを含み、かつ機器システムに関連した１つ以上の動作状況、例えば、温度、圧力、振動、騒音、流体流量など、または機械１００またはそれに関連した任意の構成要素もしくはサブシステムに関連した他の状況を監視するように適合し得る。
【００２５】
例えば、少なくとも１つの監視装置を、ポンプ１１８に結合してポンプ１１８に関連した流体圧を監視し得る圧力センサとして適合し得る。別の例では、少なくとも１つの監視装置は、発電機１１３またはモータ１１７の１つ以上に関連した温度センサを含んで、装置のステータ、ロータ、または導体温度を監視し得る。さらに別の例では、監視装置１２０は、発電機１１３またはモータ１１７に関連した軸受騒音を監視する騒音または振動感知装置を含み得る。監視装置１２０は、測定データを収集した直後にその測定データを制御装置１２１に送信し得る。あるいはまた、監視装置１２０は、測定データをメモリに記憶し、制御装置１２１からのデータ要求に応答して測定データを提供する。
【００２６】
制御装置１２１は、過負荷保護システム１１０またはそれらに関連した構成要素およびサブシステムに関連したデータを収集、処理、解析、記録、および送信する装置を含み得る。制御装置１２１は、機械１１０の構成要素およびサブシステムに関連した１つ以上の動作状況を制御するようにも構成し得る。一実施形態によれば、制御装置１２１は、機械１００に関連した電子制御モジュール（ＥＣＭ）を含み得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、制御装置１２１は、過負荷保護システム１１０専用の制御システムを含み得る。制御装置１２１を、過負荷保護システム１２１に関連した電力レベルを示すデータを収集し、かつ収集データに応じて、機械１００に関連した１つ以上の状況を制御するように構成し得る。
【００２７】
制御装置１２１は、過負荷保護システム１１０に関連したデータを収集、処理、および記憶する１つ以上の構成要素を含み得る。制御装置１２１は、特に、プロセッサ（図示せず）、揮発性および／または不揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ）（図示せず）、１つ以上の記憶装置（図示せず）、および過負荷保護システム１１０に関連した構成要素およびサブシステムにデータを通信する１つ以上の通信装置を含み得る。制御装置１２１は、追加的に上述のものよりも少数のおよび／または異なる構成要素を含み得ることが考えられる。それゆえ、上述の構成要素は例示であり、限定することを意味するものではない。
【００２８】
制御装置１２１を、過負荷保護システム１１０に関連した１つ以上の構成要素と通信可能に結合し得る。例えば、制御装置１２１を、電子スイッチ１１６、アクチュエータ１１９、および監視装置１２０の１つ以上と通信回線１２２を介して結合し得る。制御装置１２１を、過負荷保護システム１１０の１つ以上の構成要素と通信回線１２２を通して通信するように構成し得る。制御装置１２１を、追加的に上述のものよりも少数のおよび／または異なる構成要素と通信可能に結合し得ることが考えられる。
【００２９】
制御装置１２１を、監視装置１２０からデータを受信しかつ受信データに基づいて電子スイッチ１１６およびアクチュエータ１１９の１つ以上を動作させるように構成し得る。上述のように、制御装置１２１は、過負荷保護システム１１０に関連した電力レベルに関連した１つ以上の閾値（例えば、限界値、範囲など）を含む記憶装置を含み得る。閾値は、例えば、過負荷保護システム１１０に関連した電流レベルの、予め定められた許容限界値に関連した電流または電圧閾値範囲を含み得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、閾値は、（例えば、発電機１１３、電力供給装置１１４、モータ１１７、ポンプ１１８、および／または電磁石１１１に関連した）温度限界値、（例えば、ポンプ１１８に関連した）圧力限界値、振動限界値、騒音限界値、または機械１００またはその構成要素のいずれかを損傷させる原因となり得る任意の他のパラメータの限界値を含み得る。制御装置１２１は、監視装置１２０から動作データを受信／収集し、かつ収集データを、予め定められた閾値と比較し得る。受信データが閾値と整合しない場合、制御装置１２１は、電子スイッチ１１６およびアクチュエータ１１９の１つ以上を動作させてシステムの一部を停止させ、過負荷条件によってもたらされる可能性のある悪影響を軽減し得る。
【００３０】
例示的な実施形態によれば、制御装置１２１を、電磁装置に関連した電流過負荷条件が存在するかを識別し、電流過負荷条件が、予め定められた期間を超えて存在するかどうか決定し、および電流過負荷条件が、予め定められた期間よりも長く持続する場合には、発電設備１１２を停止させるように構成し得る。例えば、過負荷保護システム１１０は、プロセッサが実行するときに、監視装置１２０から受信した電流データを、予め定められた電流閾値範囲と比較し得る制御ソフトウェアを含み得る。電流レベルが過負荷範囲に含まれる場合、ソフトウェアはタイマーを初期化して、動作データが範囲内にある時間を記録し得る。電流レベルが、予め定められた制限時間よりも長く過負荷範囲内にある場合、制御装置１２１は制御信号を送信して、過負荷条件がおさまるまで発電設備１１２を停止させ得る。制御装置１２１およびそれに関連したソフトウェアの動作を、以下詳細に説明する。
【００３１】
過負荷条件を検出すると、制御装置１２１を、ユーザインターフェースコンソールに警告信号をもたらすように構成し得る。例えば、制御装置１２１は、電流レベルが過負荷電流閾値を超える場合（例えば、電流が、システムに関連した正常電流レベル超である場合）に、電磁装置の操作者に警告信号をもたらし得る。警告信号は、可聴式の警告信号、視覚性の警告信号、および／または可聴式警告信号と視覚性警告信号の組み合わせを含み得る。一実施形態によれば、電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間が、警告閾値レベルよりも短い場合には、制御装置１２１は無音の警告信号（例えば、警告灯の点滅）を提供し得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、電流レベルが予め定められた過負荷範囲内にある時間が警告閾値レベルを超える場合には、制御装置１２１は可聴式の警告信号（例えば、可聴式のアラーム）を提供し得る。
【００３２】
図３に、過負荷保護システム１１０に関連した例示的な予め定められた閾値範囲を示す。一実施形態によれば、図３に示すように、予め定められた閾値範囲を、システムの公称または「正常」電流レベルの予め定められた百分率として示し得る。例えば、発電機１１３が直流定電圧出力をもたらし、かつ特定の回路内の装置の抵抗が分かっている場合、システムの期待公称電流を、オームの法則Ｉ＝Ｖ／Ｒを使用して求めることができる。それゆえ、電流がシステムの正常の期待電流を超える（すなわち、電流レベルが最大正常電流の１００％超である）と、過負荷条件が存在し得る。出力定電圧の場合、過負荷条件は、回線異常（例えば、物体を解放するために必要な電磁場の反転によるアークの発生、導体の損傷または磨耗によるシステムの短絡など）、システムに注入され電磁場に蓄えられる電流の追加、または電磁石に関連した通常の磨耗に起因して生じ得ることを当業者であれば認識するであろう。範囲数および各範囲に関連した特定の値は例示にすぎない。従って、本願明細書の範囲から逸脱せずに、追加的に少数のおよび／または異なる範囲で置き換えてもよい。
【００３３】
図３に示すように、各電流閾値の範囲は特定の制限時間に対応し得る。制限時間は、例えば、電磁装置を適切に動作させることに関する特定の産業標準に基づいて予め定め得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、制限時間は、過負荷保護システムの１つ以上の他の構成要素に関連した電流の許容範囲によって確立することができる。例えば、１つ以上の制限時間を、電磁石１１１によって生じた電磁場の強度を制限するようにプログラムし得る。制限時間を、ユーザ（例えば、技術者）または製造業者がプログラムし、かつユーザがリプログラムし得る。追加的に少数のおよび／または異なる制限時間を実行し得ることが考えられる。従って、図３に示す制限時間は例示にすぎず、限定することを意味するものではない。
【００３４】
図４ａおよび４ｂに、過負荷保護システム１４０の動作に関連した実験データを提供する。図４ａに、発電機出力に関し、短絡に関連した例示的な故障状態を示す。短絡状態は、例えば、電磁石１１１のコイルを誤って励磁させること、または発電設備１１２から電磁石１１１へ電力を送る電源ケーブルが損傷することなど、電磁石１１１に関連した導体が損傷した結果であり得る。図４ａに示すように、（時間＝１秒において）短絡試験条件がもたらされる前に、発電機１１３は２３０ボルトの「正常」出力電圧を提供している。ｔ＝１秒において、発電機１１３の出力が短絡し、過負荷保護システム１１０の故障状態をシミュレートし、かつ出力電流に急激な上昇をもたらす。
【００３５】
図４ｂに、図４ａの短絡状態に応答する発電機の出力電流を表すグラフを示す。短絡状態の前は、発電機の電流出力は、約５０Ａの正常動作電流で比較的安定している。時間＝１秒において、発電機の出力電流は、発電機出力の短絡に起因して１７５Ａ超（正常動作電流の約３５０％）に急増する。電流レベルの増加を検出すると、過負荷保護システム１１０は２秒の制限時間を確立する（図３の表の予め定められた制限時間に対応する）。上述のように、この制限時間により、操作者が増大させたことに関連する一時的な過渡電流またはピーク電流を、正常の動作レベルに戻すための十分な時間を与えることが可能となる。万一電流レベルが２秒後に正常レベルに戻らない場合、過負荷保護システム１１０はアクチュエータ１１９を動作させ（例えば、時間＝３秒において）、それにより、発電機への機械的動力を遮断し、かつ発電機がいかなる追加的な磁化電流も電磁石１１１にもたらさないようにする。従って、発電機の出力電流は著しく弱まり、機械１００に関連した制御装置１２１または他の構成要素を損傷させる可能性も弱まる。高い電流レベルを低下させるために発電機を停止させることによって、過負荷保護システムは、従来の回路遮断装置の動作に関連し得る追加的な過渡電流の急増を制限し、比較的安定した出力電流の低下をもたらし得る。図４ｂは例示にすぎず、限定することを意味するものではない。
【００３６】
開示された実施形態に合致するプロセスおよび方法は、電磁システムに関連することが多い電流過負荷条件から、電磁石を使用するシステムを保護し得る。本願明細書に開示した過負荷保護システムに関連した機能および方法は、過負荷条件の検出に起因する機器の停止時間を制限し得る保護機構も提供し得る。図５に、電磁システムに関連した電流過負荷条件に対して保護するための例示的な方法を示すフローチャート３００を示す。
【００３７】
図５に示すように、電磁システムに関連した電流データを過負荷保護システム１１０が受信し得る（ステップ３０１）。例えば、監視装置１２０は、発電設備１１２および電磁石１１１を含む回路を流れる電流を示すデータを収集し得る。監視装置１２０は、処理および解析のために、収集した電流データを制御装置１２１に送信し得る。
【００３８】
電磁システムに関連した電流レベルを表すデータを受信したら、制御装置１２１は、受信電流データを最小電流閾値と比較して、過負荷条件が存在するか決定し得る（ステップ３０２）。一実施形態によれば、最小電流閾値をシステムの最大正常電流の１００％として確立し得る。場合によっては、最小電流閾値を正常電流の１００％よりもわずかに高い値（例えば、１０５％）において確立し、電流レベルが小さく変動しても過負荷条件が検出されないようにし、それにより、瞬間的な電流の急増に関連した厄介な障害を制限し得る。電流レベルが最小電流閾値以下である場合（ステップ３０２：Ｎｏ）、制御装置１２１は、システムに過負荷条件が存在する時間を計るタイマーをリセットし得る（ステップ３０３）。
【００３９】
他方で、電流が最小電流閾値超である場合（ステップ３０２：Ｙｅｓ）は、過負荷条件がシステムに存在し得ることを示し、制御装置１２１は、システムの電流レベルを示すデータに対応する閾値範囲を識別し得る（ステップ３０４）。例えば、制御装置１２１は、受信電流データを、メモリに記憶された複数の予め定められた電流範囲と比較し、かつ予め定められた適切な範囲を識別し得る。
【００４０】
識別された予め定められた電流範囲に基づいて、制御装置１２１は、電流閾値範囲に対応する予め定められた制限時間に基づいて時間閾値を設定し得る（ステップ３０５）。例えば図５に示すように、測定された電流レベルが最大正常電流の１２７％である場合、制御装置１２１は、１２０〜１３０％の電流範囲を識別し、かつ電流がその範囲に留まっていることのできる２０秒の制限時間を設定する。
【００４１】
制限時間が確立されたら、制御装置１２１はタイマーにカウントを開始させる（ステップ３０６）。一実施形態によれば、制御装置１２１を、同期サイクル上で動作するように構成し得る。制御装置は、電流レベルが特定の閾値範囲にある各サイクルに対して、サイクル毎に一回カウンタを増加させる。次に、特定の速度でサイクルを繰り返し得る。この速度を、カウンタの増加が実質的に毎秒発生するように同期させ得る。それゆえ、一態様によれば、本願明細書で使用されるタイマーという用語は、制御装置１２１によって増加され得る同期計数装置を指し、ここで、カウントされたサイクルは、毎秒一回繰り返され得る。
【００４２】
制御装置１２１は、タイマーの値を、予め定められた電流閾値に関連した制限時間と比較し得る（ステップ３０７）。タイマーの値が、監視された電流レベルに関連した時間閾値未満である場合（ステップ３０７：Ｎｏ）、過負荷保護システム１２０は、システムに関連した電流データを監視し続け得る。その代わりにおよび／またはそれに加えて、タイマーの値が、監視された電流レベルに関連した制限時間超である場合（ステップ３０７：Ｙｅｓ）、制御装置１２１は遮断指令信号を生成し、アクチュエータ１１９または電子スイッチ１１６の１つ以上に送信し得る（ステップ３０８）。上述のように、遮断指令信号によりアクチュエータ１１９は動作し、それにより、モータ１１７が発電機１１３を駆動させないようにする。その代わりにおよび／またはそれに加えて、遮断指令信号は電子スイッチ１１６に、他励発電機１１３の分巻巻線から電力供給装置への接続を断たせ、それにより、発電機１１３が電磁石１１１に供給する出力を低減し得る。オプションとして、将来故障解析するために、制御装置１２１は、遮断指令に関連したデータを記録し得る（例えば、電流レベル、遮断信号の伝送時間など）（ステップ３０９）。
【００４３】
遮断指令信号がアクチュエータ１１９または電子スイッチ１１６の１つ以上に送信されると、過負荷保護システム１２０は電流データを監視し続け得る（ステップ３１０）。制御装置１２１は電流レベルを最小電流閾値（例えば、１０５％）と比較し得る（ステップ３１１）。電流レベルが最小電流閾値超である場合には（ステップ３１１：Ｎｏ）、過負荷条件が依然としてシステムに存在することを示し、制御装置１２１は電流レベルを監視し続け得る。他方で、電流レベルが最小電流閾値未満である場合には（ステップ３１１：Ｙｅｓ）、過負荷条件が消失したことを示し、制御装置１２１は遮断指令を消去し、それにより、アクチュエータ１１９または電子スイッチ１１６が再係合して、電磁システムが再始動できるようにし得る（ステップ３１２）。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本開示の過負荷保護システムを、商業用および工業用機械用の電磁昇降機に関連して説明したが、過負荷保護システムは、任意のタイプの電磁装置に電力供給しかつ動作させるために過負荷保護を必要とする任意のタイプのシステムにおいて実施し得る。さらに、本願明細書に開示したシステムおよび方法を、電磁システムに関連した電流過負荷条件を回避することに関連して説明したが、これらのシステムおよび方法を使用して、電磁システム（またはそれに関連した任意の構成要素）に関連した１つ以上の他の動作状況を監視し、特定の動作状況に関連した過負荷条件が存在するか決定し、および機器の不当な停止時間を招くことなく、過負荷条件のもたらし得る悪影響を軽減するために、適切な措置を取り得る。
【００４５】
本願明細書で開示した過負荷保護システムおよび関連する方法は、いくつかの利点を有し得る。第１に、過負荷保護システムによって発電設備および電磁石が一定の過負荷条件下で、予め定められた制限時間、動作できるようになるため、過負荷条件が検出されるとすぐに荷への動力を制限する一定の従来のシステムと比較して、過負荷保護システム１１０がシステム性能を低減させる必要がない。その結果、本願明細書で開示した過負荷保護システムによって、一定の環境においては、性能の低減または中断なくして正常動作範囲外で電磁システムは動作可能となる。
【００４６】
加えて、本願明細書で開示した過負荷保護システムは、機器の生産性を高め得る。例えば、開示した過負荷保護システムは、過負荷電流条件を排除するためにヒューズまたは回路遮断装置を必要としないので、これらのタイプの装置を修理、交換、および／または再設定することによる停止時間を削減および／またはなくすことができる。実際、持続的にまたは長期にわたって過負荷条件が存在する場合、本願明細書で開示したシステムは、過負荷条件が消失するまで一時的にシステムを遮断させる必要があるだけである。その結果、ヒューズまたは他の回路遮断装置を修理するための費用がかかりかつ時間集約的な労働を伴わずに、機械は、過負荷条件がおさまるとすぐに運転に戻る。
【００４７】
種々の修正例および変形例を、電磁昇降機用の本願明細書に開示した過負荷保護システムに行うことができることを当業者は理解するであろう。本願明細書の他の実施形態は、本願明細書の説明および実施を考慮することから当業者には明白であろう。説明および例は例示にすぎないと考え、本願明細書の真の範囲は以下の特許請求の範囲およびその等価物に示すことを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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